DE102004041421C5

DE102004041421C5 - Method and device for the radio transmission of data

Info

Publication number: DE102004041421C5
Application number: DE102004041421A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Inf. 65931 Hansing
Original assignee: Techem Energy Services GmbH
Current assignee: Techem Energy Services GmbH
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2024-08-28
Also published as: DK1630980T4; EP1630980B1; ATE447800T1; DE102004041421A1; EP1630980A3; PL1630980T5; EP1630980A2; EP1630980B2; DK1630980T3; PL1630980T3; DE102004041421B4; DE502005008433D1

Abstract

Method for data transfer, especially for wireless remote reading of utility meters, has two different transmission modes. The first uses a speech bandwidth method based on code multiplexing for use with mobile and stationary receiver units, while the second uses channel coding without code multiplexing. An independent claim is made for a data transfer device for transmission of wireless data packets.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funkübertragung von Daten bei der drahtlosen Fernauslesung von wohnungswirtschaftlichen Verbrauchsdaten oder Messwerten, mit Funktelegrammen, welche in mindestens zwei verschiedenen Sendemodi ausgesendet werden. Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.The invention relates to a method for the radio transmission of data in the wireless remote reading of home consumption data or measured values, with radio telegrams, which are transmitted in at least two different transmission modes. Furthermore, an apparatus for carrying out the method is proposed.

Für die Erfassung wohnungswirtschaftlicher Verbrauchsdaten werden zur Zeit zunehmend Funksysteme eingesetzt, die das Auslesen von Verbrauchswerten an den entsprechend Verbrauchsgeräten (Heizkörper, Stromzähler, Wasserzähler oder dergleichen) vereinfachen, da nicht mehr jedes Gerät einzeln abgelesen werden muss. Dabei werden die von den Verbrauchsgeräten erfassten Verbrauchsdaten über ein nicht drahtgebundenes, per se nicht kollisionsfreies Übertragungsmedium (nachfolgend als Funkübertragung bezeichnet) ausgesendet, um von entsprechenden Empfängern empfangen und für eine weitere Verarbeitung gespeichert zu werden.For the collection of home consumption data are currently increasingly used radio systems that simplify the reading of consumption of the corresponding consumption devices (radiators, electricity meters, water meters or the like), because no longer each device must be read individually. In this case, the consumption data recorded by the consumer devices are transmitted via a non-wired, per se non-collision-free transmission medium (hereinafter referred to as radio transmission) to be received by corresponding receivers and stored for further processing.

Dabei werden derzeit sowohl stationäre als auch mobile Empfänger eingesetzt. Mit ”mobilem Empfang” sind im Folgenden Systeme gemeint, bei denen der Funkempfänger frei beweglich ist. Bei einem solchen System geht der Ableser mit einem mobilen Empfänger durch ein Ablesegebiet und empfängt dabei die auszulesenden Verbrauchsdaten. Diese Verfahren sind beispielsweise für eine Funkfernablesung per ”WALK-IN”, ”WALK-BY” und ”DRIVE-BY” geeignet. Mit ”stationärem Empfang” werden dagegen im Folgenden Systeme bezeichnet, deren Empfänger an einem fasten Ort im Ablesegebiet angebracht ist, an welchem er die Funktelegramme mit den Verbrauchsdaten empfangen kann. Ein solcher stationärer Empfänger kann beispielsweise an einer frei zugänglichen Stelle in einem mit funkfähigen Verbrauchserfassungsgeräten ausgestatteten Gebäude montiert werden, so dass eine Ablesung sämtlicher Verbrauchsdaten für das Gebäude zentral an diesem stationären Empfänger, beispielsweise mit nachgeschalteter drahtgebundener oder drahtloser Datenfernübertragung, erfolgen kann. Drahtlose Verbrauchserfassungssysteme, die mit einem mobilen Empfänger abgelesen werden, eignen sich insbesondere für Liegenschaften, die relativ selten abzulesen sind, zum Beispiel einmal im Jahr. Systeme mit stationären Empfängern können dagegen dort wirtschaftlich eingesetzt werden, wo eine häufige Erfassung der Verbrauchswerte, beispielsweise ein- bis zweimal im Monat, wöchentlich oder täglich, erforderlich ist.Both stationary and mobile receivers are currently being used. By "mobile reception" is meant in the following systems in which the radio receiver is free to move. In such a system, the reader goes with a mobile receiver through a reading area and receives the consumption data to be read. These methods are suitable, for example, for a radio remote reading by "WALK-IN", "WALK-BY" and "DRIVE-BY". By contrast, "stationary reception" refers to systems whose receiver is attached to a fast location in the reading area, at which it can receive the radio telegrams with the consumption data. Such a stationary receiver can be mounted, for example, in a freely accessible location in a building equipped with radio-enabled consumption recording devices so that a reading of all consumption data for the building can be made centrally at this stationary receiver, for example with downstream wired or wireless remote data transmission. Wireless metering systems that are read with a mobile receiver are particularly suitable for properties that are relatively infrequent, for example, once a year. Systems with stationary receivers, on the other hand, can be used economically where frequent recording of consumption levels, for example once or twice a month, weekly or daily, is required.

Die technischen Anforderungen für die Funkübertragung der Daten ist bei beiden Ablesemöglichkeiten jedoch sehr unterschiedlich. Die Sender für den mobilen Empfang sollten folgende Eigenschaften aufweisen: geringe Reichweite, hohe Sendehäufigkeit (zumindest im Ablesezeitraum) und kurze Funktelegramme bzw. Funkbotschaften. Die genannten Eigenschaften ergeben sich aus der hohen Senderdichte in größeren Gebäuden, dem Wunsch einer zügigen Ablesung bei einer Begehung vor Ort und der Notwendigkeit, die Eigenkollisionsrate der Funktelegramme auf dem Übertragungskanal auf einem niedrigen Niveau zu halten. Um eine zügige Ablesung mit einem mobilen Empfänger zu gewährleisten, müssen die Sender ihre Funktelegramme (Funkbotschaften) sehr häufig wiederholt aussenden. Die Größenordnung der Sendehäufigkeit liegt im Sekunden- bis Minutenbereich.However, the technical requirements for the radio transmission of the data are very different for both reading options. The transmitters for mobile reception should have the following characteristics: short range, high transmission frequency (at least in the reading period) and short radio telegrams or radio messages. The characteristics mentioned result from the high transmitter density in larger buildings, the desire for a quick reading in the case of an on-site inspection and the necessity to keep the intrinsic rate of collision of the radio telegrams on the transmission channel at a low level. In order to ensure a speedy reading with a mobile receiver, the transmitters must transmit their radio telegrams (radio messages) very frequently. The magnitude of the transmission frequency is in the second to minute range.

Ein stationärer Funkempfänger kann die Daten der ihm zugeordneten Sender dagegen über Tage oder Stunden empfangen, so dass hier deutlich größere Sendeintervalle ausreichend sind und der Funkkanal insgesamt weniger belastet wird. Hinzu kommt, dass Erfassungsgeräte, die nur selten mobil ausgelesen werden, in den einzelnen Funktelegrammen mehr Daten übertragen müssen, als Sender, die in kürzeren Intervallen mit stationären Empfänger abgelesen werden. Bei stationären System ist es also ausreichend, wenn die Sender nur solche Daten übertragen, die im Zeitraum zwischen zwei Sende- bzw. Empfangszeitpunkten anfallen. Ist zum Beispiel eine zeitliche Auflösung der Verbrauchswerte im Halbmonatsraster gefordert, muss ein Sender, dessen Daten einmal im Monat von einem stationären Empfänger empfangen und gespeichert werden, nur zwei Werte in einer monatlich variierenden Funkbotschaft übertragen. Ein Sender, der nur einmal jährlich mit einem mobilen Empfänger abgelesen wird, muss dagegen bei der gleichen zeitlichen Auflösung vierundzwanzig Halbmonatswerte in ein oder mehreren Funkbotschaften zum Zeitpunkt der Ablesung übertragen. Weiterhin bestehen bei mobilem bzw. stationärem Empfang unterschiedliche Anforderungen an die Systemdynamik. Für den Stationärempfang in einem Gebäude lässt sich bedingt durch Reflexionen und partielle Auslöschungen der Signale in der Regel kein Empfängerstandort bestimmen, der für alle Sender gute Empfangsbedingungen schafft.On the other hand, a stationary radio receiver can receive the data of the stations associated with it for days or hours, so that significantly longer transmission intervals are sufficient here and the radio channel as a whole is less loaded. In addition, acquisition devices that are rarely read out by mobile need to transmit more data in the individual radio telegrams than transmitters that are read at shorter intervals with stationary receivers. In the case of stationary systems, it is therefore sufficient for the transmitters to transmit only those data which occur in the period between two transmission or reception times. If, for example, a temporal resolution of the consumption values in the half-monthly grid is required, a transmitter whose data is received and stored once a month by a stationary receiver must transmit only two values in a monthly varying radio message. However, a transmitter that is read only once a year with a mobile receiver must transmit twenty-four half-month values in one or more radio messages at the same time resolution at the time of reading. Furthermore, there are different requirements for the system dynamics in the case of mobile or stationary reception. Due to reflections and partial cancellations of the signals, it is usually not possible to determine a receiver location for stationary reception in a building, which creates good reception conditions for all transmitters.

Um auch bei ungünstigen Empfängerstandorten die Funkbotschaften sicher empfangen zu können, ist also eine viel höhere Systemdynamik zu veranschlagen als bei der mobilen Funkablesung, bei der durch Standortveränderungen des Empfängers immer wieder gute Empfangspositionen erreicht werden. Die Empfangsempfindlichkeit kann bei einen mobilen Empfänger dagegen deutlich geringer gewählt werden als bei einem stationären Empfänger. Aufgrund der vorbeschriebenen Anforderungen lassen sich die für eine mobile Funkablesung geeigneten Systeme wie folgt charakterisieren:

– geringe erforderliche Funkreichweite,
– hohe Sendehäufigkeit (insbesondere im Ablesezeitraum) und deswegen
– kurze Funktelegramme zur Vermeidung von Kanalüberlastungen,
– seltene Funkablesung und dadurch
– größere akkumulierte Datenmengen in jedem Funktelegramm bzw. jeder Funkbotschaft.

In order to receive the radio messages safely even at unfavorable recipient sites, so much higher system dynamics is to be estimated as in the mobile radio reading, are achieved by changing the location of the receiver repeatedly good reception positions. By contrast, the reception sensitivity can be chosen to be significantly lower for a mobile receiver than for a stationary receiver. Due to the requirements described above, the systems suitable for mobile radio reading can be characterized as follows:

- low required radio range,
- High transmission frequency (especially in the reading period) and therefore
- short radio telegrams to avoid channel overloads,
- rare radio reading and thereby
- Larger accumulated data volumes in each radiotelegram or each radio message.

Um diese Merkmale technisch zu realisieren, wählt man bei mobilen Systemen daher hohe Übertragungsraten mit großen Bandbreiten auf Kosten der Empfängerempfindlichkeit. Funkbasierte Verbrauchserfassungssysteme, die mit einem stationären Empfänger arbeiten, weisen dagegen in der Regel folgende Eigenschaften auf:

– hohe Reserve bei der Funkreichweite, um ungünstige Empfängerstandorte zu kompensieren,
– geringe Sendehäufigkeit
– geringe Einschränkungen bei der Länge der Funkbotschaften,
– regelmäßige Funkablesung und dadurch
– geringere akkumulierte Datenmengen pro Funktelegramm bzw. Funkbotschaft.

In order to realize these features technically, mobile systems therefore choose high transmission rates with large bandwidths at the expense of receiver sensitivity. Radio-based metering systems that work with a stationary receiver, however, usually have the following characteristics:

High radio range reserve to compensate for unfavorable receiver locations
- low transmission frequency
- small restrictions on the length of the radio messages,
- regular radio reading and thereby
- Lower accumulated data volumes per radiotelegram or radio message.

Um diese Merkmale bei einem Funksystem mit stationärem Empfänger technisch zu realisieren, wählt man geringere Übertragungsraten mit kleinen Bandbreiten zu Gunsten einer hohen Empfängerempfindlichkeit.In order to realize these features technically in a radio system with a stationary receiver, one chooses lower transmission rates with small bandwidths in favor of a high receiver sensitivity.

Aufgrund dieser unterschiedlichen Anforderungen an Systeme mit stationärem und mobilem Empfänger waren die Systeme bisher in der Regel entweder auf einen mobilen oder einen stationären Empfang ausgelegt. Nachteilig ist hierbei, dass bei der Installation des Systems zur Fernablesung entschieden werden muss, ob der Empfang mit stationären oder mobilen Funkempfängern erfolgen soll, um die Sender zum Aussenden der Funktelegramme entsprechend einzurichten. Eine nachträgliche Veränderung der anfangs gewählten Ausstattungsvariante ist in der Regel später ohne ein Betreten der Wohnung oder ohne Umkonfiguration bzw. Austausch der Sender und/oder Erfassungsgeräte nicht möglich. Eine derartige Umstellung kann notwendig werden, wenn die Ableseintervalle beispielsweise auf Kundenwunsch nachträglich verkürzt werden sollen.Due to these different requirements for systems with stationary and mobile receiver, the systems were usually designed for either a mobile or a stationary reception. The disadvantage here is that it must be decided when installing the system for remote reading, whether the reception with stationary or mobile radio receivers should be made to set up the transmitter for broadcasting the radio telegrams accordingly. A subsequent change of the initially selected equipment variant is usually not possible later without entering the apartment or without reconfiguration or replacement of the transmitter and / or detection devices. Such a change may become necessary if the reading intervals are to be shortened, for example, at customer's request.

Dann kann es sinnvoll sein, ein System, das auf eine einmal jährliche Ablesung mit einem mobilen Empfänger ausgelegt ist, in ein System mit stationären Empfänger umzuwandeln, das eine unterjährige, beispielsweise monatliche, wöchentliche oder tägliche Ablesung per Datenfernübertragung oder nachgeschaltetem Funknetzwerk gestattet.Then, it may be useful to convert a system designed to be read once a year by a mobile receiver into a stationary receiver system that allows one-year, e.g., monthly, weekly, or daily reading by remote data transmission or downstream radio network.

Ein Verfahren zur mobilen Verbrauchswerterfassung ist in der DE 101 33 366 C2 beschrieben. Dabei werden Daten der Verbraucherzähler in eine mobile Datenübernahmeeinrichtung übernommen, wobei innerhalb eines bestimmten Intervalls, das mit dem Zeitpunkt der Übernahme von Zählerstandsdaten in die Datenübernahmeeinrichtung beginnt, Identifikationsdaten des Verbrauchszählers über ein Mobilfunksystem zu einer zentralen Datenerfassungsstelle gesendet werden.A method for mobile consumption value recording is in the DE 101 33 366 C2 described. In this case, data of the consumer meter are transferred to a mobile data transfer device, wherein within a certain interval, which begins with the time of taking over meter reading data in the data transfer device, identification data of the meter are sent via a mobile radio system to a central data collection point.

Aus der DE 101 33 367 C2 ist ein Verbrauchszähler mit einer Funksendeeinrichtung zur Funkübertragung von Zählerstandsinformationen zu einem mobilen oder stationären Funkempfänger bekannt, bei dem die Funksendeeinrichtung zum Senden von Funktelegrammen wenigstens zweier unterschiedlicher Telegrammtypen vorbereitet ist. Der Verbrauchszähler arbeitet dabei zeitweise in einem für den Empfang mit stationären Funkempfangsgeräten optimierten Sendebetrieb und zeitweise in einem für dem Empfang mit einem mobilen Empfangsgerät optimierten Sendebetrieb, wobei jeweils ein anderer Funktelegrammtyp verwendet wird. Um die unterschiedlichen Anforderungen für den mobilen und den stationären Funkempfang erreichen zu können, unterscheiden sich die Funktelegrammtypen in der Sendeleistung, der Sendehäufigkeit und/oder der Funktelegrammlänge. Insbesondere ist von Bedeutung, dass die Funktelegramme für den stationären Empfang eine höhere Sendeleistung aufweisen. Dies wird technisch dadurch erreicht, dass die Funksendeeinrichtung eine Leistungsverstärker-Endstufe und eine Treiberstufe für die Leistungsverstärker-Endstufe aufweist, wobei Funktelegramme des ersten Funktelegrammtyps für den mobilen Empfang bei nicht aktivierter Leistungsverstärker-Endstufe nur über die Treiberstufe ausgesendet und Funktelegramme eines zweiten Funktelegrammtyps für den stationären Empfang über die Leistungsverstärker-Endstufe ausgesendet werden.From the DE 101 33 367 C2 is a consumption meter with a radio transmitting device for the radio transmission of meter reading information to a mobile or stationary radio receiver known, in which the radio transmitter is prepared for transmitting radio telegrams of at least two different types of telegrams. The consumption counter works at times in a for the reception with stationary radio receiving devices optimized transmission mode and temporarily in a optimized for receiving with a mobile receiver transmission mode, in each case a different radio telegram type is used. In order to be able to achieve the different requirements for mobile and stationary radio reception, the radio telegram types differ in the transmission power, the transmission frequency and / or the radio telegram length. In particular, it is important that the radio telegrams for stationary reception have a higher transmission power. This is technically achieved in that the radio transmitter has a power amplifier output stage and a driver stage for the power amplifier output stage, wherein radio telegrams of the first radio telegram type for the mobile reception with non-activated power amplifier output stage sent only via the driver stage and radio telegrams of a second radio telegram type for stationary reception via the power amplifier output stage.

Nachteilig ist bei diesem Verbrauchszähler, dass eine zusätzliche Verstärkerstufe für die Aussendung der Funktelegramme für den stationären Empfang vorgesehen werden muss, die einen erheblich höheren Leistungsverbrauch bei den häufig batteriebetriebenen Funksendern der Verbrauchserfassungsgeräte verursacht und die Kosten für die Herstellung der Sender erhöht.A disadvantage of this consumption meter that an additional amplifier stage for the transmission of the radio telegrams for stationary reception must be provided, which causes a significantly higher power consumption in the frequently battery-powered radio transmitters of the consumption detection devices and increases the cost of manufacturing the transmitter.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Sender bei der Funkübertragung von Daten auf einfache und kostengünstige Weise an die Erfordernisse der Ablesung sowohl mit einem mobilen als auch mit einem stationären Empfänger anzupassen.The object of the invention is therefore to adapt the transmitter in the radio transmission of data in a simple and cost-effective manner to the requirements of the reading both with a mobile and with a stationary receiver.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 9 gelöst. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein erster Sendemodus ein Spreizbandverfahren nach dem Kodemultiplexprinzip und ein zweiter Sendemodus eine Kanalkodierung ohne Kodemultiplex verwendet. Dabei wird der Sender vorzugsweise so ausgelegt, dass die Funktelegramme mit einem möglichst hohen Sendeschritttakt und damit verbundenen möglichst hohen Datenraten (nachfolgend auch Chipraten genannt) ausgesendet werden, um die Funktelegramme bei bestehendem Datenvolumen möglichst kurz ausgestalten zu können und die Zahl der Kollisionen in einem Übertragungskanal so weit wie möglich einzuschränken.This object is achieved with the features of claim 1 and claim 9. In particular, it is provided that a first transmission mode uses a code-division spread spectrum method and a second transmission mode uses channel coding without code-division multiplexing. there the transmitter is preferably designed so that the radio telegrams with the highest possible transmission step clock and the highest possible data rates (hereinafter also called chip rates) are sent out to make the radio telegrams as short as possible existing data volume and the number of collisions in a transmission channel so restrict as much as possible.

Für den mobilen Empfang werden die Funktelegramme dabei unter Ausnutzung der Bandbreite so redundanzarm wie möglich gestaltet. Dazu wird eine effiziente Kanalkodierung ohne Kodemultiplex verwendet. Im einfachsten Fall kann dazu genau eine Bit-Dateninformation in genau einem Schritttakt verwendet werden. Vorzugsweise werden bei der Funkübertragung jedoch gleichspannungsfreie oder gleichspannungsarme Kodierverfahren verwendet, bei denen die Bit-Informationen auf so viele Schritttakte (Chips) verteilt werden, dass ein in der Summe gleichspannungsfreies Signal erhalten wird. Bekannte Kanalkodierungen sind zum Beispiel das Data-Whitening, welches eine bitweise Überlagerung des Nutzdatenstroms mit einem pseudozufälligen Binärstrom gleicher Taktrate darstellt, oder eine effiziente RLL-Kodierung, die zum Beispiel in der DE 101 48 275 A1 der Anmelderin beschrieben wurde. Dieses Dokument wird durch Bezugnahme mit in die Anmeldung integriert wird. Bei einer effizienten Kanalkodierung entspricht die Anzahl der für die Übertragung der Daten verwendeten Schritttakte also im Wesentlichen der Anzahl der zu übertragenden Datenbits, wobei sich kleinere Unterschiede in der Anzahl der verwendeten Schritttakte und Datenbits insbesondere durch die Anforderung der Gleichspannungsfreiheit ergeben können. Durch die effiziente Ausnutzung der Schritttakte für die Übermittlung von Dateninformationen können vergleichsweise kurze Funktelegramme mit großen Datenmengen ausgesendet werden. Dies ermöglicht eine vergleichsweise hohe Sendehäufigkeit vorzugsweise in dem zur Ablesung vorgesehenen Ablesezeitraum, so dass die effiziente Kanalkodierung ohne Kodemultiplex die Anforderungen für den mobilen Empfang erfüllt.For mobile reception, the radio telegrams are made as redundant as possible using the bandwidth. For this an efficient channel coding without code division is used. In the simplest case, exactly one bit data information can be used in exactly one step clock. Preferably, however, DC-free or DC-low coding methods are used in the radio transmission, in which the bit information is distributed to so many step clocks (chips) that a sum-free DC signal is obtained. Known channel codings are, for example, the data whitening, which represents a bitwise superimposition of the user data stream with a pseudo-random binary stream having the same clock rate, or an efficient RLL coding, which is described, for example, in US Pat DE 101 48 275 A1 the applicant has been described. This document is incorporated by reference into the application. In the case of an efficient channel coding, the number of step clocks used for the transmission of the data thus essentially corresponds to the number of data bits to be transmitted, with smaller differences in the number of step clocks and data bits used, in particular due to the requirement for DC freedom. Due to the efficient utilization of the step clocks for the transmission of data information, relatively short radio telegrams with large amounts of data can be transmitted. This allows a comparatively high transmission frequency, preferably in the reading period provided for reading, so that the efficient channel coding without code division fulfills the requirements for mobile reception.

Für den stationären Empfang verwendet der technisch gleiche Sender für die Aufbereitung der Funktelegramme ein Spreizbandverfahren nach dem Kodemultiplexprinzip, bei dem ein Datenbit als bestimmte, fest vorgegebene Folge von mehreren Sendeschritttakten (Chips) gesendet wird. Dabei können auch eine Gruppe von Datenbits für eine bestimmte Folge von Chips zusammengefasst werden. Bei dem Kodemultiplex-Verfahren wird ein zu übertragendes Datenbit einer großen Anzahl von Sendeschritttakten (Chips) in einer genau definierten Chipfolge bzw. -sequenz mit wechselnden Signalwerten, beispielsweise in einem bestimmten Rhythmus wechselnden Signalwerten von +1 und –1, zugeordnet. Diese Zuordnung wird als Spreizen bezeichnet.For stationary reception, the technically identical transmitter for the preparation of the radio telegrams uses a spread spectrum method according to the code division multiplex principle, in which a data bit is transmitted as a specific, fixed sequence of several transmission step clocks (chips). It is also possible to combine a group of data bits for a specific sequence of chips. In the code division multiplexing method, a data bit of a large number of transmission step clocks (chips) to be transmitted is assigned in a precisely defined chip sequence with changing signal values, for example signal values of +1 and -1 that change at a specific rhythm. This assignment is called spreading.

In einem Korrelator des Empfänger wird das Eingangssignal erfindungsgemäß mit einer identischen Chipfolge wie bei dem Sender multipliziert und das resultierende Signal zur Entspreizung integriert, um den ursprünglichen Signalwert zu erhalten. Durch die empfangsseitige Entspreizung des Nutzsignals werden stochastisch verteilte, möglicherweise vorhandene Störsignal gleichzeitig gespreizt, so dass sie sich in dem Signalniveau des integrierten Signals nur wenig bemerkbar machen. Die Energie des Störsignals wird damit auf die volle Bandbreite verteilt, und entsprechend gering ist der Störanteil, der in die Bandbreite des Filters im Korrelator des Empfängers fällt. Anderseits wird das Nutzsignal entsprechend entspreizt, so dass dessen Energie vollständig in die Bandbreite des Filters im Korrelator fällt.In a correlator of the receiver, according to the invention, the input signal is multiplied by an identical chip sequence as in the transmitter, and the resulting signal is integrated for despreading in order to obtain the original signal value. By the receiving side despreading of the useful signal stochastically distributed, possibly existing interference signal are spread simultaneously, so that they make little sense in the signal level of the integrated signal. The energy of the interference signal is thus distributed to the full bandwidth, and correspondingly low is the interference component that falls within the bandwidth of the filter in the correlator of the receiver. On the other hand, the useful signal is correspondingly despread, so that its energy falls completely in the bandwidth of the filter in the correlator.

Auf diesem Effekt beruht der für Spreizbandverfahren (Spread-Spectrum-Verfahren) typische Prozessgewinn, der trotz möglicherweise vorhandener Störsignale zu einem insgesamt ausreichenden Empfang auch bei niedrigerer Funkqualität führt, so dass durch das Spreizbandverfahren nach dem Kodemultiplexprinzip eine höhere Reichweite bei gleicher Sendeleistung erreicht werden kann. Daher ist dieser Sendemodus für den stationärem Empfang besonders geeignet, zumal im stationären Betriebsmodus in der Regel weniger Dateninformationen übertragen werden müssen und die Funktelegramme durch die Spreizung eines Datenbits daher keine übermäßig große Länge erhalten. Bei einem Spreizverfahren, das 32 Chips pro Datenbit verwendet, liegt der rechnerische oder theoretische Prozessgewinn durch die Anwendung des Kodemultiplexprinzips bei 15 Dezibel (dB), obwohl für beide Sendemodi der gleiche Sender, die gleiche Sendeleistung und die gleiche Sendefrequenz verwendet werden.This process is based on the process gain which is typical for spread spectrum methods and which, despite possible interfering signals, results in overall sufficient reception even with lower radio quality, so that a longer range with the same transmission power can be achieved by the spread spectrum method according to the code division multiplex principle , Therefore, this transmission mode for stationary reception is particularly suitable, especially since in stationary mode usually less data information must be transmitted and therefore the radio telegrams obtained by the spreading of a data bit is not excessively long in length. In a spreading method using 32 chips per data bit, the computational or theoretical process gain is 15 decibels (dB) by the application of the code division multiple, although the same transmitter, transmission power, and transmission frequency are used for both transmission modes.

Um innerhalb der Steuereinheit eines Verbrauchserfassungsgeräts die gleichen Taktraten für mobilen und stationären Empfang verwenden zu können, arbeiten verschiedene, insbesondere alle Sendemodi mit einem identischen Sendeschritttakt (Chiprate), wobei vorzugsweise der maximale Sendeschritttakt ausgewählt wird. Bei Verwendung des gleichen Sendeschritttaktes ist das System in der Regel kostengünstiger zu realisieren, da die Bandbreite des Basisbandes unverändert bleibt und sich die Dimensionierung von Hochfrequenz-Schaltungsteilen vereinfacht. Daher ist es auch besonders vorteilhaft, dass die Sendemodi, insbesondere der erste Sendemodus und der zweite Sendemodus oder alle Sendemodi, die gleiche Trägerfrequenz, Hochfrequenz-Trägermodulation und/oder Sendeleistung aufweisen.In order to be able to use the same clock rates for mobile and stationary reception within the control unit of a consumption recording device, different, in particular all transmission modes with an identical transmission step clock (chip rate) operate, wherein preferably the maximum transmission step clock is selected. When using the same transmission step clock, the system is usually less expensive to implement, since the bandwidth of the baseband remains unchanged and simplifies the dimensioning of high-frequency circuit parts. Therefore, it is also particularly advantageous that the transmission modes, in particular the first transmission mode and the second transmission mode or all transmission modes, have the same carrier frequency, high-frequency carrier modulation and / or transmission power.

Da die maximale Auslastung eines Funkkanals durch ein Funksystem häufig durch rechtliche Vorgaben festgelegt ist, ist es besonders vorteilhaft, dass verschiedene oder alle Sendemodi eine zeitlich gleiche Funktelegrammlänge aufweisen, die durch eine bestimmte Anzahl von Sendeschritttakten (Chips) vorgegeben ist. Da bei den verschiedenen Sendemodi eine unterschiedliche Anzahl von Dateninformationen in einer vorgegebenen Anzahl von Chips untergebracht werden kann, wird dazu erfindungsgemäß die Anzahl der in den Funktelegrammen enthaltenen, zu übertragenden Dateninformationen variiert. Um möglichst viele Verbrauchsdaten in einem Funktelegramm für den mobilen und/oder stationären Empfang unterbringen zu können, kann erfindungsgemäß auch vorgesehen werden, die Verbrauchsdaten durch ein geeignetes Kompressionsverfahren zu verdichten. Ein besonders vorteilhaftes Kompressionsverfahren ist beispielsweise in dem deutschen Patent 103 09 455 der Anmelderin beschrieben, dessen Inhalt durch Bezugnahme in diese Anmeldung mit aufgenommen wird.Since the maximum utilization of a radio channel by a radio system is often due to legal Defined specifications, it is particularly advantageous that different or all transmission modes have a same time radio telegram length, which is predetermined by a certain number of transmission step clocks (chips). Since a different number of data information can be accommodated in a given number of chips in the various transmission modes, according to the invention the number of data information contained in the radio telegrams and to be transmitted is varied. In order to accommodate as many consumption data in a radio telegram for mobile and / or stationary reception, according to the invention can also be provided to compress the consumption data by a suitable compression method. A particularly advantageous compression method is for example in the German Patent 103 09 455 the applicant, the content of which is incorporated by reference into this application.

Insbesondere wenn die zu übertragenden Daten für einen Sendemodus nicht in die zeitlich vorgegebene Funktelegrammlänge integrierbar sind, kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass die zu übertragenden Daten in mehrere Funktelegramme einer insbesondere fest vorgegebenen Funktelegrammsequenz aufgeteilt werden. Diese Funktelegramme werden dann in dem Empfänger entsprechend interpretiert, um die gewünschten Informationen wieder zusammen zu setzen.In particular, if the data to be transmitted for a transmission mode can not be integrated into the time-defined radio telegram length, it can be provided according to the invention that the data to be transmitted are divided into a plurality of radio telegrams of a particularly fixed radio telegram sequence. These radio telegrams are then interpreted accordingly in the receiver in order to reassemble the desired information.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können verschiedene Sendemodi zu verschiedenen Zeiten aktiviert und deaktiviert werden. Dadurch können geeignete Zeiträume festgelegt werden, in denen insbesondere eine mobile und/oder stationäre Ablesung erfolgen kann. Eine mobile Funkablesung von Verbrauchsdaten wird vorzugsweise tagsüber vorgenommen, während ein stationärer Empfang mit fest installierten stationären Empfängern auch nachts möglich ist.According to the inventive method, different transmission modes can be activated and deactivated at different times. As a result, suitable time periods can be defined in which, in particular, a mobile and / or stationary reading can take place. A mobile radio reading of consumption data is preferably carried out during the day, while a stationary reception with fixed stationary receivers is also possible at night.

Dafür ist es erfindungsgemäß von besonderem Vorteil, wenn die Aktivierung und Deaktivierung verschiedener Sendemodi nach einem Sendeschema erfolgt, bei dem ein sich zyklisch wiederholender Zeitabschnitt in Unterabschnitte für die jeweiligen Sendemodi aufgeteilt ist, beispielsweise einen Unterabschnitt für die Aussendung von Funkbotschaften für die mobile Ablesung und einen Unterabschnitt für die Aussendung von Funkbotschaften für die stationäre Ablesung.For this purpose, it is particularly advantageous according to the invention if the activation and deactivation of different transmission modes is carried out according to a transmission scheme in which a cyclically repeating period of time is subdivided into subsections for the respective transmission modes, for example a subsection for the transmission of radio messages for the mobile reading and one Subsection for the transmission of radio messages for stationary reading.

Zwischen den jeweiligen Unterabschnitten können sendefreie Pufferzeiten liegen, um auch bei typischen Zeitgebertoleranzen eine Überschneidung von Zeit- bzw. Unterabschnitten mit verschiedenen Sendemodi zu vermeiden.Transmit-free buffer times may lie between the respective subsections in order to avoid overlapping of time or subsections with different transmission modes, even with typical timing tolerances.

Dabei können die Dauer eines Unterabschnitts oder mehrere Unterabschnitte im Laufe der Zeit insbesondere schrittweise erhöht werden, um bei dem Auftreten von Zeitgebertoleranzen auch über einen längeren Zeitraum eine ausreichend große Überlappung der vorgesehenen Sendezeiträume in einem Sendemodus bei Sender und Empfänger vorzusehen. Um den sich zyklisch wiederholenden Zeitabschnitt dabei nicht zu verlängern, können die sendefreien Pufferzeiten schrittweise entsprechend vermindert werden.In this case, the duration of a subsection or a plurality of subsections can be increased in particular gradually over time to provide a sufficiently large overlap of the scheduled transmission periods in a transmission mode at transmitter and receiver with the occurrence of timing tolerances over a longer period. In order not to extend the cyclically repeating period, the transmission-free buffer times can be reduced stepwise accordingly.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verbrauchserfassungsgerät zur Funkübertragung von Daten zur drahtlosen Funkablesung von wohnungswirtschaftlichen Verbrauchsdaten mit einem Speicher, in welchem die zu übertragenden Daten gespeichert sind, einer Steuereinheit zur Verarbeitung der Daten zu Funktelegrammen und einem Sender gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9. Die Steuereinheit ist dabei erfindungsgemäß zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtet, indem sie einen Kanalkodierer und Signalformer für eine Kanalkodierung ohne Kodemultiplex, einen Signalformer mit einem Sequenzgenerator für eine Kanalkodierung mit Kodemultiplex und einen von der Steuereinheit gesteuerten Signalmultiplexer aufweist, welcher die Kanalkodierung mit oder ohne Kodemultiplex dem Sender zuleitet. Ferner kann die Vorrichtung einen mobilen und/oder stationären Empfänger aufweisen, welcher zumindest einen erfindungsgemäßen Sendemodus, in welchem der Sender die Daten aussendet, empfangen und auswerten kann.The invention further relates to a consumption detection device for the radio transmission of data for wireless radio reading of home consumption data with a memory in which the data to be transmitted are stored, a control unit for processing the data to radio telegrams and a transmitter according to the features of claim 9. Die According to the invention, the control unit is set up to carry out the above-described method, comprising a channel coder and coder without code division multiplexer, a coder with a code multiplexed channel coder, and a signal multiplexer controlled by the control unit, which channel coding with or without code division multiplexing Transmitter feeds. Furthermore, the device can have a mobile and / or stationary receiver which can receive and evaluate at least one transmission mode according to the invention, in which the transmitter transmits the data.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.Other features, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and the drawings. All described and / or illustrated features alone or in any combination form the subject matter of the present invention, also independent of their summary in the claims or their back references.

Es zeigen:Show it:

1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Funkübertragung von Daten mit zwei Sendemodi; 1 schematically a device according to the invention for the radio transmission of data with two transmission modes;

2 ein Prinzipschaltbild eines stationären Empfängers zum Empfangen der von der Vorrichtung gemäß 1 ausgesendeten Daten; 2 a schematic diagram of a stationary receiver for receiving the of the device according to 1 transmitted data;

3 den Prozessgewinn bei der Übertragung von Daten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Sendemodus im Spreizbandverfahren nach dem Kodemultiplexprinzip; 3 the process gain in the transmission of data according to the inventive method in a transmission mode in the spread spectrum method according to the code division principle;

4 eine Autokorrelations- und Kreuzkorrelationsfunktion für ein Spreizbandverfahren nach dem Kodemultiplexprinzip; 4 an autocorrelation and cross-correlation function for a code division multiplex spread spectrum method;

5 ein erfindungsgemäßes Sendeschema für die zeitliche Abfolge der verschiedenen Sendemodi; 5 an inventive transmission scheme for the time sequence of the various transmission modes;

6 ein Sendeschema für die verschiedenen Sendemodi auf Tagesbasis; 6 a transmission scheme for the various transmission modes on a daily basis;

7 eine tabellarische Übersicht über die zulässige Einsatzzeit bei einer Pufferzeit von vier Stunden und 7 a tabular overview of the permissible operating time with a buffer time of four hours and

8 eine tabellarische Übersicht über die zulässige Einsatzzeit bei einer Pufferzeit von sieben Stunden. 8th a tabular overview of the permissible operating time with a buffer time of seven hours.

Die in 1 dargestellte Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Daten insbesondere über Funk weist eine Steuereinheit 1 auf, an die eine Messwerteerfassung 9 mit Sensoren zur Erfassung von Verbrauchswerten, ein Speicher 10 zum Speichern insbesondere der Verbrauchswerte und ein Sender 8 zum Aussenden der Verbrauchswerte angeschlossen sind. Bei dem Sender 8 handelt es sich um einen Hochfrequenz-Sender mit Modulator und Antenne. Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verbrauchserfassungsgerät zur Fernauslesung von wohnungswirtschaftlichen Verbrauchsdaten beschränkt, dessen Messwerte oder Daten in verschiedenen Empfangsarten sowohl von stationären als auch von mobilen Empfängern empfangen werden sollen.In the 1 illustrated device for wireless transmission of data, in particular via radio has a control unit 1 on, to which a measured value acquisition 9 with sensors for recording consumption values, a memory 10 for storing in particular the consumption values and a transmitter 8th connected to send out the consumption values. At the transmitter 8th it is a high frequency transmitter with modulator and antenna. The present invention is limited to a consumption meter for remote reading of home consumption data whose readings or data are to be received in different types of reception from both stationary and mobile receivers.

Die Steuereinrichtung 1 verarbeitet die ihr von der Messwerteerfassung 9 zugeleiteten Messwerte und speichert sie als zu übertragende Daten in dem Speicher 10. Zur Aussendung der Daten stellt die Steuereinheit Funktelegramme mit den zu versendenden Informationen zusammen, die insbesondere die Verbrauchswerte, aber auch weitere Angaben wie eine Geräteidentifikation, eine Zeitangabe oder dgl., enthalten können. Ferner bereitet die Steuereinrichtung 1 die zu übertragenden Daten zur Übertragung durch den Sender 8 vor und leitet sie diesem zu. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 1 zwei verschiedene Sendemodi, die einmal für einen stationären und einmal für einen mobilen Empfang optimiert sind.The control device 1 processes the data from the data acquisition 9 supplied measured values and stores them as data to be transmitted in the memory 10 , To transmit the data, the control unit radio telegrams together with the information to be sent, which may contain in particular the consumption values, but also other information such as a device identification, a time or the like. Furthermore, the controller prepares 1 the data to be transmitted for transmission by the sender 8th and leads them to this. In this case, the control device uses 1 two different transmission modes, which are optimized once for a stationary and once for a mobile reception.

Die Sender 8 sollen für den mobilen Empfang eine ausreichende, aber geringe Reichweite aufweisen, da die mobilen Ablesegeräte während des Ablesens in die Nähe der Sender 8 gebracht werden. Weil eine solche manuelle Auslesung in der Regel vergleichsweise selten stattfindet, sollten kurze Funktelegramme mit hoher Sendehäufigkeit im Ablesezeitraum und größeren Datenmengen übertragen werden, so dass alle relevanten Informationen in einem oder wenigen aufeinanderfolgenden Funktelegrammen enthalten sind.The transmitters 8th should have a sufficient, but short range for the mobile reception, since the mobile reading devices during reading in the vicinity of the transmitter 8th to be brought. Because such a manual reading usually takes place comparatively rarely, short radio telegrams with a high transmission frequency in the reading period and larger amounts of data should be transmitted so that all relevant information is contained in one or a few successive radio telegrams.

Die gleichen Sender 8 sollen bei Verwendung von stationären Empfängern eine hohe Reichweite aufweisen, um auch entfernter angeordnete Empfänger erreichen zu können. Bei geringer Sendehäufigkeit können mehrere kurze oder ein längeres Funktelegramm mit geringen Datenmengen ausgesendet und die Informationen im stationären Empfänger gesammelt werden.The same channels 8th When using stationary receivers, they should have a high range in order to be able to reach even more distant receivers. If the transmission frequency is low, several short or longer radio telegrams can be sent out with a small amount of data and the information collected in the stationary receiver.

Für besonders wirtschaftlich realisierbare Gerätekomponenten sollen ferner der gleiche Sendeteil, die gleiche Sendeleistung und die gleiche Sendefrequenz für beide Betriebsarten (Mobil-/Stationärempfang) verwendet werden. Um die Anforderungen zu erfüllen, wird der Sender 8 so ausgelegt, dass er in der Lage ist, mit möglichst hohen Datenraten (Chipraten) zu operieren, indem ein gewünschter Sendeschritttakt für den Sender 8 vorgegeben wird.For particularly economically feasible device components also the same transmission part, the same transmission power and the same transmission frequency for both modes (mobile / stationary reception) should be used. To meet the requirements, the transmitter becomes 8th designed so that it is able to operate with the highest possible data rates (chip rates) by a desired transmit step clock for the transmitter 8th is given.

Für den mobilen Empfang werden die Funkbotschaften unter Ausnutzung der Bandbreite so redundanzarm wie möglich gestaltet. Dazu wird eine effiziente Kanalkodierung gewählt, wie zum Beispiel Data-Whitening (bitweise Überlagerung des Nutzdatenstroms mit einem pseudozufälligen Binärstrom gleicher Taktrate), eine effiziente RLL-Kodierung oder ein anderes gleichspannungsfreies bzw. gleichspannungsarmes Kodierverfahren, bei dem ein zu übertragendes Datenbit im wesentlichen einem oder wenigen Sendeschrittakten (Chips) zugeordnet wird. Dadurch wird auf eine hohe Redundanz und Störsicherheit verzichtet. Aufgrund der kurzen Sendezyklen bei einem mobilen Empfang, die es erlauben, ein Funktelegramm mehrfach zu empfangen, ist dies ohne Probleme möglich. Andererseits werden die für die Datenübertragung im Übertragungskanal zur Verfügung stehenden Chips sehr effizient für die Übertragung inhaltlicher Informationen verwendet, weil (fast) jeder Chip eine inhaltliche Information überträgt.For mobile reception, the radio messages are made as redundant as possible while utilizing the bandwidth. For this purpose, an efficient channel coding is selected, such as data whitening (bitwise superimposition of the user data stream with a pseudorandom binary stream the same clock rate), an efficient RLL coding or other DC-free or DC low-voltage coding method in which a data bit to be transmitted substantially one or is assigned to a few transmission step files (chips). This dispenses with high redundancy and interference immunity. Due to the short transmission cycles in a mobile reception, which allow multiple times to receive a radiotelegram, this is possible without any problems. On the other hand, the chips available for the data transmission in the transmission channel are used very efficiently for the transmission of content information because (almost) every chip transmits a piece of content information.

Für die Übertragung wird ein von der Steuereinheit 1 zusammengestelltes Funktelegramm einem Parallel-/Serienwandler 2 zugeleitet, welcher das Funktelegramm in eine Folge von zeitlich aufeinanderfolgenden Signalen zerlegt. Diese Signalfolge wird in einem Kanalkodierer und Signalformer 3 für Funktelegramme für die mobile Ablesung, welcher die Chiprate vorgibt, in zu übertragende Signale übersetzt und über einen von der Steuereinheit 1 geschalteten Signalmultiplexer 7 zur Betriebs- bzw. Sendemodusumschaltung mobil/stationär dem Sender 8 zugeleitet. In dem Kanalkodierer 3 wird die effiziente Kanalkodierung für die mobile Ablesung angewendet.For the transmission is a from the control unit 1 assembled radio telegram to a parallel / serial converter 2 supplied, which decomposes the radio telegram into a sequence of temporally successive signals. This signal sequence is used in a channel coder and signal conditioner 3 for radio telegrams for the mobile reading, which specifies the chip rate, translated into signals to be transmitted and via one of the control unit 1 switched signal multiplexer 7 for operation or transmission mode switching mobile / stationary to the transmitter 8th fed. In the channel encoder 3 the efficient channel coding is used for the mobile reading.

Für den stationären Empfang wird nun der gleiche Sender 8 mit der gleichen oder mit einer abweichenden Chiprate verwendet. Vorzugsweise wird man für den Stationärempfang und den Mobilempfang die gleiche, durch Randbedingungen vorgegebene maximale Chiprate verwenden, um möglichst identische elektronische Bauteile einsetzen zu können.For stationary reception now the same transmitter 8th with the same or with one different chip rate used. Preferably, one will use the same, given by boundary conditions maximum chip rate for stationary reception and mobile reception in order to use identical electronic components as possible.

Die höhere Reichweite im stationären Betrieb wird erfindungsgemäß durch ein Spreizbandverfahren erreicht. Verfahren zur Bandspreizung (Spread Spectrum), die trotz hohem Bandbreitenbedarfs eine gute Störunterdrückung bieten, sind beispielsweise Zeitmultiplex (TDM = Time Division Multiplex), Frequenzmultiplex (z. B. FH = Frequency Hopping) oder Kodemultiplex (CDM = Code Division Multiplex). Koordinierte Zeit- und Frequenzmultiplexverfahren lassen sich typischerweise nur in bidirektionalen Systemen sinnvoll einsetzen, da ein Synchronisationsmechanismus implementiert werden muss. Funkablesbare Verbrauchserfassungsgeräte weisen häufig nur einen Sendeteil auf und verzichten aus Kostengründen auf einen Funkempfänger. Ein Synchronisationsverfahren ist somit auf Seite der Erfassungsgeräte nicht machbar.The higher range in stationary operation is achieved according to the invention by a Spreizbandverfahren. Spread spectrum techniques, which offer good interference suppression despite high bandwidth requirements, are for example time-division multiplexing (TDM), frequency division multiplexing (eg frequency hopping) or code division multiplexing (CDM). Coordinated time and frequency multiplexing methods can typically only be used effectively in bidirectional systems since a synchronization mechanism must be implemented. Radio-readable consumption recording devices often have only one transmission part and, for reasons of cost, dispense with a radio receiver. A synchronization method is thus not feasible on the side of the detection devices.

Nach dem Kodemultiplexprinzip wird dagegen jedes einzelne Datenbit oder eine Gruppe von Datenbits als eine bestimmte Folge von mehreren Chips gesendet. Dies ist in der ersten Zeile von 3 dargestellt, die ein Nutzdatenbit zeigt, das im Spreizbandverfahren nach dem Kodemultiplexprinzip mit einer Chipfolge von zweiunddreißig Chips multipliziert wird. Anstelle eines Chips mit der Nutzdateninformation werden zweiunddreißig Chips mit vorgegebenen Datenwerten übertragen.By contrast, according to the code division principle, each individual data bit or a group of data bits is transmitted as a specific sequence of several chips. This is in the first line of 3 which shows a payload data bit which is multiplied in the spread spectrum method according to the code division multiple access principle with a chip sequence of thirty-two chips. Thirty-two chips with predetermined data values are transmitted instead of a chip with the user data information.

Dies geschieht in der Steuereinheit 1 durch Formung der Nutzdateninformation in einem Signalformer 4 für Funktelegramme für die stationäre Ablesung als ein Signal mit der 32-fachen Chiplänge. Dieses Signal wird mit der vorgegebenen Chipsequenz aus zweiunddreißig Chips von einem CDM-Sequenzgenerator 5 in einer Multipliziereinheit 6 durch Multiplikation der beiden Signale überlagert. Das derart erzeugte Signal wird über den Signalmultiplexer 7 dem Sender 8 zugeleitet und von dem Empfänger entsprechend interpretiert. Dabei können die Steuereinheit 1, der Parallel-/Serienwandler 2, der Kanalkodierer und Signalformer 3, der Signalformer 4, der Sequenzgenerator 5, die Multipliziereinheit 6 und/oder der Signalmultiplexer 7, die in der Zeichnung zur Verdeutlichung der Funktionen als verschiedene Funktionseinheiten dargestellt sind, in einer oder mehreren elektronischen Einheiten, insbesondere einem Mikroprozessor, zusammengefasst sein.This happens in the control unit 1 by shaping the payload information in a signal conditioner 4 for radio telegrams for the stationary reading as a signal with the 32-times chip length. This signal is taken with the given chip sequence of thirty-two chips from a CDM sequence generator 5 in a multiplier unit 6 superimposed by multiplication of the two signals. The signal thus generated is transmitted via the signal multiplexer 7 the transmitter 8th and interpreted by the recipient accordingly. The control unit can do this 1 , the parallel / serial converter 2 , the channel encoder and signal conditioner 3 , the signal shaper 4 , the sequence generator 5 , the multiplying unit 6 and / or the signal multiplexer 7 , which are shown in the drawing to illustrate the functions as different functional units, be summarized in one or more electronic units, in particular a microprocessor.

Der Prozessgewinn G, der sich aus diesem Spreizband-Verfahren ergibt, hängt von dem Verhältnis der Chipdatenrate zu der Nutzdatenrate ab: G[dB] = 10 × log( Chipdatenrate[Chip/s] / Nutzdatenrate[Bit/s]) The process gain G resulting from this spread spectrum method depends on the ratio of the chip data rate to the payload data rate: G [dB] = 10 × log (chip data rate [chip / s] / user data rate [bit / s])

Kodiert man beispielsweise ein Bit in einer Folge von zweiunddreißig Chips, ergibt sich bei geeigneter Wahl der Chipfolge ein rechnerischer Prozessgewinn von: G[dB] = 10 × log( Chipdatenrate[Chip/s] / Nutzdatenrate[Bit/s]) = 10 × log( 32[Chip] / 1[Bit]) ≈ 15[dB] If, for example, a bit is encoded in a sequence of thirty-two chips, a suitable process choice of the chip sequence results in a computational process gain of: G [dB] = 10 × log (Chip data rate [Chip / s] / Payload rate [Bit / s]) = 10 × log (32 [Chip] / 1 [Bit]) ≈ 15 [dB]

Der Prozessgewinn ist in der unteren Zeile von 3 dargestellt.The process gain is in the bottom line of 3 shown.

Um den Prozessgewinn nutzbar zu machen, benötigt der stationäre Funkempfänger einen Korrelator, in dem das Eingangssignal nach einer Einregelphase hipsequenzsynchron mit einer identischen Chipfolge bzw. -sequenz wie beim Sender 8 multipliziert und das resultierende Signal integriert wird. Dazu weist der in 2 dargestellte Empfänger eine Steuereinheit 18 mit einer Speichereinheit 19 und einem Empfänger 11 mit einem Hochfrequenz-Eingangsverstärker auf. Das empfangene Signal wird in einer Multipliziereinheit 12 mit der beim Versenden verwendeten Chipfolge aus einem CMD-Sequenzgenerator 17 multipliziert und anschließend in einem Integrator 13 aufsummiert bzw. integriert. Über einen mit der Steuereinheit 18 zusammenwirkenden Synchrondetektor 14 und einen von der Steuereinheit 18 gesteuerten Schalter 15 wird in einem Regenerator 16 das Nutzdatensignal rekonstruiert und von der Steuereinheit 18 weiterverarbeitet und/oder in der Speichereinheit 19 für eine spätere Verwendung abgespeichert.In order to make use of the process gain, the stationary radio receiver requires a correlator, in which the input signal after a Einregelphase hip sequence synchronous with an identical chip sequence or sequence as in the transmitter 8th multiplied and the resulting signal is integrated. For this purpose, the in 2 shown receiver a control unit 18 with a storage unit 19 and a receiver 11 with a high frequency input amplifier. The received signal is in a multiplying unit 12 with the chip sequence used in sending from a CMD sequence generator 17 multiplied and then in an integrator 13 added up or integrated. About one with the control unit 18 cooperating synchronous detector 14 and one from the control unit 18 controlled switch 15 will be in a regenerator 16 the payload signal is reconstructed and received by the control unit 18 further processed and / or in the storage unit 19 stored for later use.

Durch die empfangsseitige Entspreizung des Nutzsignals werden vorhandene Störsignale gespreizt. Die Energie des Störsignals wird damit auf die volle Bandbreite verteilt und entsprechend gering ist der Störanteil, der in die Bandbreite des Filters im Korrelator fällt. Andererseits wird das Nutzsignal entspreizt, so dass dessen Energie vollständig in die Bandbreite des Filters im Korrelator fällt. Auf diesem Effekt beruht der für Spread-Spektrum-Verfahren typische Prozessgewinn.By the receiving side despreading of the useful signal existing interference signals are spread. The energy of the interference signal is thus distributed to the full bandwidth and correspondingly low is the interference component, which falls within the bandwidth of the filter in the correlator. On the other hand, the useful signal is despread, so that its energy falls completely in the bandwidth of the filter in the correlator. This process is based on the typical process gain for spread spectrum techniques.

Um die Sender- und Empfängerlogik möglichst einfach zu halten, ist es wünschenswert, jedes Nutzdatenbit mit einer identischen Chipfolge zu multiplizieren. Geeignete Folgen sind bspw. sogenannte ”Goldfolgen” oder ”Barkerfolgen”, da diese günstige Korrelationseigenschaften aufweisen. Verwenden alle Sender die gleiche Chipfolge, dann ist im Wesentlichen deren Autokorrelationsfunktion (AKF) eine bestimmende Größe. Die Autokorrelationsfunktion für ein periodisches Signal s(t) mit der Periode T berechnet sich zu:

In order to keep the transmitter and receiver logic as simple as possible, it is desirable to multiply each payload bit with an identical chip sequence. Suitable consequences are, for example, so-called "gold sequences" or "barker consequences", since these have favorable correlation properties. If all transmitters use the same chip sequence, then essentially their autocorrelation function (AKF) is a decisive factor. The autocorrelation function for a periodic signal s (t) with the period T is calculated as:

Die Autokorrelationsfunktionen geeigneter Kodefolgen weisen nur ein Maximum auf, wenn die Kodefolge mit sich selbst in Phase ist. Zudem ist es wünschenswert, dass die gewählte Chipfolge näherungsweise gleichspannungsfrei ist. Eine Sequenz mit den gewünschten Eigenschaften ist beispielsweise der aus der IEEE 802.11 bekannte 11-Chip-Barker-Kode 10110111000. Weist man der binären 0 den Signalwert –1 zu, dann erhält man die in 4 dargestellte Autokorrelationsfunktion (AKF) bzw. Kreuzkorrelationsfunktion (KKF) mit der invertierten Folge. Chipfolgen mit der gezeigten Eigenschaft sind für die Verarbeitung mit einem Korrelationsempfänger geeignet.The autocorrelation functions of suitable code sequences only have a maximum when the code sequence is in-phase with itself. In addition, it is desirable that the selected chip sequence is approximately DC-free. A sequence with the desired properties is, for example, the 11-chip Barker code 10110111000 known from the IEEE 802.11. If one assigns the binary value -1 to the signal value, then one obtains the in 4 illustrated autocorrelation function (AKF) or cross-correlation function (CCF) with the inverted sequence. Chip sequences with the property shown are suitable for processing with a correlation receiver.

Die Verbrauchsdaten können zusätzlich durch ein geeignetes Kompressionsverfahren verdichtet werden. Ein bekanntes Verfahren zur Datenreduktion bildet beispielsweise aus numerischen Daten eine Kette von Differenzwerten, wobei die Differenzwerte über einen gemeinsamen Normierungsfaktor auf eine verkürzte binäre Darstellung skaliert werden.The consumption data can additionally be compressed by a suitable compression method. A known method for data reduction forms, for example, a chain of differential values from numerical data, wherein the difference values are scaled to a shortened binary representation via a common scaling factor.

Um nach einer Installation der Sender 8 im Gebäude beide Ablese- bzw. Sendemodi zu ermöglichen, also mit mobilen Empfängern oder mit stationären Empfängern, wird dem schaltbaren Kodemultiplexverfahren zur Reichweitensteuerung ein Zeitmultiplexverfahren zur Betriebsmodussteuerung überlagert. In Zeiträumen, in denen eine mobile Ablesung stattfinden kann, werden kurze Funktelegramme in kurzen Sendeintervallen im zweiten Sendemodus mit einer effizienten Kanalkodierung gesendet. Kurze Funktelegramme erreicht man im mobilen Ablesefall durch Weglassen der CDM-Kodierung unter Ausnutzung der vollen Bandbreite für die Datenübertragung. Außerhalb der Zeitabschnitte möglicher mobiler Ablesungen wird durch eine Zeitsteuerung der Sender für die Übertragung der Funktelegramme für mobile Empfänger abgestellt oder deren Übertragungshäufigkeit gedrosselt, und das Verfahren zur Übertragung der reichweitenoptimierten, kodemultiplexkodierten Funktelegramme für stationäre Empfänger entsprechend dem ersten Sendemodus gestartet.To after installation of the transmitter 8th In the building to enable both reading and transmission modes, ie with mobile receivers or with stationary receivers, the time-division multiplexing method for operating mode control is superimposed on the switchable code division multiplex method for range control. During periods in which a mobile reading can take place, short radio telegrams are sent in short transmission intervals in the second transmission mode with efficient channel coding. Short radio telegrams can be achieved in the mobile reading case by omitting the CDM coding by utilizing the full bandwidth for data transmission. Outside of the periods of possible mobile readings, the transmitters for the transmission of the radio telegrams for mobile receivers are switched off or the frequency of their transmission is throttled, and the method for transmitting the range-optimized, code-division-multiplexed radio telegrams for stationary receivers corresponding to the first transmission mode is started.

Der Sender 8 eines batteriebetriebenen Verbrauchserfassungsgeräts lässt sich besonders preiswert gestalten, wenn auf eine Ladungspumpe für den erhöhten Sendestrombedarf verzichtet werden kann und stattdessen eine Direktpufferung in Form eines Stützkondensator parallel zur Batterie verwendet wird. Vorteil dieser Schaltungsvariante ist, dass keine Wandlerverluste zu Buche schlagen und so die zur Verfügung stehende Batteriekapazität besser ausgenutzt wird. Der dabei zur Verfügung stehende, vergleichsweise geringe Spannungshub lässt nur eine begrenzte Pufferzeit für die Speisung des Senders 8 zu. Das bedeutet, dass die Länge der Funkbotschaften bei dieser Schaltungsvariante limitiert und in der Regel auf die Bedürfnisse der mobilen Funkablesung mit kurzen Funkbotschaften ausgelegt ist. Legt man bei gleicher Chiprate eine CDM-Kodierung (Kodemultiplexkodierung) über das Funktelegramm, dann reduziert sich die übertragbare Datenmenge um den Faktor, der dem Verhältnis aus Chips pro Bit entspricht (vgl. auch 3)The transmitter 8th a battery-powered consumption meter can be made particularly inexpensive if it can be dispensed with a charge pump for the increased transmission power requirements and instead a direct buffering in the form of a backup capacitor is used in parallel with the battery. Advantage of this circuit variant is that no converter losses to book and so the available battery capacity is better utilized. The thereby available, comparatively small voltage swing leaves only a limited buffer time for the supply of the transmitter 8th to. This means that the length of the radio messages is limited in this circuit variant and is usually designed for the needs of mobile radio reading with short radio messages. If CDM coding (code division multiplex coding) is applied over the radio telegram at the same chip rate, the transferable data volume is reduced by the factor corresponding to the ratio of chips per bit (cf. 3 )

Ein Zahlenbeispiel soll die Zusammenhänge verdeutlichen. Angenommen, ein stützkondensatorgepufferter Sender kann maximal 10 ms lange Funkbotschaften mit 100 kChip/s senden, dann beträgt die Bruttofunktelegrammlänge genau 1000 Chips. Zieht man ca. 10% für die Synchronisationsphase ab, dann bleiben 900 Chips für die Datenübertragung. Nutzt man nun noch eine garantiert gleichspannungsfreie Kanalkodierung, wie zum Beispiel eine 3-aus-6-Kodierung, bei der 4 Bit Nutzdaten in 6 Chips kodiert werden, dann stehen für die Datenübertragung 900 Chips × 4/6 = 600 Bit bzw. 75 Byte zur Verfügung. Dies ist bei effizienter Kodierung der Nutzdaten im Funktelegramm ausreichend.A numerical example should clarify the connections. Assuming that a supercapacitor-buffered transmitter can transmit a maximum of 10 ms radio messages at 100 kChip / s, then the gross telegram length is exactly 1000 chips. If one deducts about 10% for the synchronization phase, then 900 chips remain for the data transmission. If one now uses a guaranteed DC-free channel coding, such as a 3-out-of-6 coding, in which 4 bits of user data are coded into 6 chips, then 900 chips × 4/6 = 600 bits or 75 bytes are available for the data transmission to disposal. This is sufficient for efficient coding of the user data in the radio telegram.

Unter Verwendung des oben gezeigten 11-Chip-Barker-Kodes ergibt sich bei ansonst gleichen Bedingungen für die stationären Funkbotschaften folgendes Bild: Es stehen 900 Chips bei 11 Chips pro Bit = 81 Bit oder 10 Byte für die Datenübertragung zur Verfügung. Das kann für die Übertragung aller in einem stationären Ablesintervall anfallenden Daten zu wenig sein. Deswegen wird in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die zu übertragenden Daten mit einer Multitelegrammsequenz an die stationären Empfänger zu übertragen. Dabei setzen sich die einzelnen Funktelegramme der Multitelegrammsequenz aus drei essentiellen Bestandteilen zusammen: einer mindestens für das Empfangsgebiet eindeutigen Geräteidentifikation, einer Sequenznummer und einem Nutzdatenteil. Eine Identifikation der Sender 8 über ihre Sendezeitpunkte ist bei dieser Art von Applikation nicht vorteilhaft einsetzbar, da die Zeitgeberungenauigkeiten typischer Geräte über die Lebensdauer einige Stunden betragen kann und eine Synchronisation aufgrund der Unidirektionalität der Funkverbindung nicht möglich ist. Bleibt man bei dem Zahlenbeispiel, so könnte man zum Beispiel 5 Byte (40 Bit) für eine eindeutige Identifikation der Geräte verwenden, das entspricht 2⁴⁰ = 1,1 × 10¹² unterscheidbaren Sendern. Wählt man 4 Bit für die Sequenznummer, dann könnten damit bis zu 2⁴ = 16 Funktelegramme verkettet werden. Es bleiben 36 Bit pro Funktelegramm zur Nutzdatenübertragung übrig, so dass insgesamt max. 16 × 36 Bit = 72 Byte pro Multitelegrammsequenz übertragen werden können. Damit steht im stationären Anwendungsfall ein Nutzdatenvolumen in etwa gleicher Größenordnung zur Verfügung wie bei dem mobilen Empfang.Using the 11-chip Barker code shown above, the picture for the stationary radio messages is otherwise the same: 900 chips are available at 11 chips per bit = 81 bits or 10 bytes for data transmission. This may not be enough for the transmission of all data generated in a stationary reading interval. Therefore, it is proposed in a variant of the method according to the invention to transmit the data to be transmitted with a multi-frame sequence to the stationary receiver. In this case, the individual radiotelegrams of the multi-frame sequence are composed of three essential components: a device identification that is unique at least for the reception area, a sequence number and a user data part. An identification of the sender 8th over their transmission times is not advantageous for this type of application, since the timer inaccuracies typical devices over the lifetime may be several hours and synchronization due to the unidirectionality of the radio link is not possible. If you stick to the numerical example, you could for example use 5 bytes (40 bits) for a unique identification of the devices, which corresponds to 2 ⁴⁰ = 1.1 × 10 ¹² distinguishable transmitters. If one chooses 4 bits for the sequence number, then up to 2 ⁴ = 16 radio telegrams could be linked. There remain 36 bits per radio telegram for user data transmission, so that a total of max. 16 × 36 bits = 72 bytes per multi-frame sequence can be transmitted. This is in stationary use case User data volume in about the same order of magnitude available as in the mobile reception.

Die in der Steuereinheit 1 der Sender und der Steuereinheit 18 der stationären Empfänger integrierten Zeit- und Taktgeber weisen Zeitgebertoleranzen auf. Zum Ausgleich dieser Zeitgebertoleranzen von Sendern und stationären Empfängern wird davon ausgegangen, dass die Zeitgeber der Sender alterungs-, fertigungs- und temperaturbedingten Abweichungen unterliegen. Typischerweise enthalten die Verbrauchserfassungsgeräte von einer Schwingquarzfrequenz abgeleitete Zeitgeber. Die Toleranzen solcher Schwingquarze liegen typischerweise in der Größenordnung < 100 ppm, also bei maximal etwa 53 Minuten pro Jahr. Je länger die Gesamtbetriebsdauer solcher Geräte ist, umso geringer muss die zulässige Gangabweichung der eingesetzten Schwingquarze gewählt werden.The in the control unit 1 the transmitter and the control unit 18 the stationary receiver integrated timers and clocks have timer tolerances. To compensate for these timing tolerances of transmitters and stationary receivers, it is assumed that the timers of the transmitters are subject to age, production and temperature deviations. Typically, the consumption detectors include timers derived from an oscillating crystal frequency. The tolerances of such quartz crystals are typically of the order of magnitude of <100 ppm, ie a maximum of approximately 53 minutes per year. The longer the total operating time of such devices, the lower the permissible deviation of the used oscillating crystals must be selected.

Für die stationären Empfänger kann aufgrund der geringeren Stückzahlen ein hochwertigerer Zeitgeber mit Temperaturkompensation (TCXO) oder ein Zeitzeichenempfänger (DCF77 o. ä.) eingesetzt werden. Für die stationären Empfänger werden daher deutlich kleinere Abweichungen der Zeitgeber veranschlagt als bei den kostensensitiveren Verbrauchserfassungs- bzw. Messgeräten. Für die mobilen Empfänger müssen Zeitgebertoleranzen nicht betrachtet werden, da ihr Betrieb in der Regel nicht zeitgesteuert erfolgt.Due to the lower number of units, a higher-quality timer with temperature compensation (TCXO) or a time signal receiver (DCF77 or similar) can be used for the stationary receivers. For the stationary receivers, therefore, much smaller deviations of the timers are estimated than with the more cost-sensitive Verbrauchserfassungs- or measuring devices. Timing tolerances do not have to be considered for the mobile receivers since their operation is generally not timed.

Eine Zeitsteuerung in den Sendern und den stationären Empfängern soll für eine Verbrauchswertablesung folgende Ableseszenarien ermöglichen: 1 bis 7 Tage pro Woche mobiler Empfang zu ausgewählten Tageszeiten. Optional wird zusätzlich unterschieden zwischen einem Zeitraum mit hoher und niedriger Sendehäufigkeit, abhängig von der Wahrscheinlichkeit einer mobilen Ablesung. Ein typischer Anwendungsfall sieht zum Beispiel vor, dass nach einem programmierbaren Stichtag abrechnungsrelevante Daten vorliegen und in der Zeit nach dem Stichtag eine mobile Ablesung stattfindet. Der Zeitraum nach Erreichen des Stichtages kann beispielsweise einige Tage, Wochen oder Monate betragen, je nach dem, wie häufig ableserelevante Stichtagswerte erzeugt werden. In diesem Zeiträumen sollen die Funkbotschaften für den mobilen Empfang in kurzen Zeitabständen gesendet werden. Außerhalb dieser für eine mobile Ablesung bevorzugten Zeiträume soll die Häufigkeit der Funkaussendung reduziert sein. Dieses Verfahren vermeidet einen unnötig hohen Sendestrombedarf bei den mehrheitlich batteriebetriebenen Mess- und Sendegeräten.A time control in the transmitters and the stationary receivers should enable the following reading scenarios for a consumption reading: 1 to 7 days per week mobile reception at selected times of day. Optionally, a distinction is additionally made between a period of high and low transmission frequency, depending on the probability of a mobile reading. A typical application, for example, provides that accounting-relevant data is available after a programmable key date and that a mobile meter reading takes place after the key date. For example, the period after reaching the cut-off date may be a few days, weeks, or months, depending on how often meter-readable key date values are generated. During this period, the radio messages for mobile reception are to be sent at short intervals. Outside of these periods preferred for a mobile reading, the frequency of the radio transmission should be reduced. This method avoids an unnecessarily high transmission current requirement in the majority of battery-operated measuring and transmitting devices.

Bevorzugt wird ein Sendeschema, das die Überschneidung von Zeitabschnitten zur Aussendung von Funkbotschaften für den Empfang mit einem mobilen Empfänger und den Empfang mit einem stationären Empfänger weitgehend vermeidet. Diese zeitliche Separierung der Funkablesemodi ist deswegen günstig, weil bei einer großen Anzahl von Sendern und einer hohen Sendehäufigkeit in Zeiträumen mobiler Ablesungen der Funkkanal stark belastet wird und die Eigenkollisionsrate der Funkbotschaften zu Reichweiteneinbußen führt. Für den stationären Empfang wird aber ein möglichst ungestörter Übertragungskanal benötigt, um hohe Reichweiten erzielen zu können.A transmission scheme which avoids the overlapping of time intervals for the transmission of radio messages for the reception with a mobile receiver and the reception with a stationary receiver is preferred. This temporal separation of the radio reading modes is advantageous because with a large number of transmitters and a high transmission frequency in periods of mobile readings of the radio channel is heavily loaded and the self-collision rate of the radio messages leads to range losses. For the stationary reception, however, an undisturbed transmission channel is needed in order to achieve high ranges.

Dazu werden sich zyklisch wiederholende Zeit- bzw. Unterabschnitte t_m für die mobile Ablesung und sich ebenfalls zyklisch wiederholende Zeit- bzw. Unterabschnitte t_s für die Ablesung mit stationären Empfängern definiert. Zwischen diesen alternierenden Zeitabschnitten t_m und t_s werden Pufferzeiten t_a zum Ausgleich von Gangabweichungen der Zeitgeber eingefügt. Die Pufferzeiten t_a werden dabei so gewählt, dass sie durch Zeitgebertoleranzen am Ende der Lebensdauer höchstens vollständig aufgebraucht sind. In diesem Sinne aufgebraucht meint, dass die Sendezeitabschnitte t_m und t_s kontinuierlich vergrößert werden, wobei sich die zwischen t_m und t_s liegenden Pufferzeiten t_a entsprechend reduzieren, so dass eine vorgegebene Gesamtzyklusdauer t_z unverändert bleibt. Die Gesamtzyklusdauer t_z kann beispielsweise einen Tag, eine Woche einen Monat oder ein Jahr betragen. Ein entsprechendes Sendeschema ist in 5 für eine Einsatzzeit von 10 Jahren dargestellt. Die Prozentangabe bezieht sich auf den Anteil an der Gesamtzyklusdauer t_z.For this purpose, cyclically repeating time or subsections t _m for the mobile reading and also cyclically repeating time or subsections t _s for the reading with stationary receivers are defined. Between these alternating time intervals t _m and t _s , buffer times t _a are inserted for compensating variations in the timings of the timers. The buffer times t _a are chosen so that they are at most completely used up by timer tolerances at the end of the life. Used up in this sense means that the transmission time intervals t _m and t _{s are} continuously increased, whereby the buffer times t _a lying between t _m and t _{s are} correspondingly reduced so that a predetermined total cycle time t _z remains unchanged. The total cycle time t _z may be, for example, a day, a week, a month or a year. An appropriate transmission scheme is in 5 shown for a service life of 10 years. The percentage refers to the proportion of the total cycle time t _z .

Exemplarisch wird in 6 ein Sendeschema auf Tagesbasis angegeben, wobei die Spalten „Jahre” und „Wochen” die Einsatzdauer in Jahren plus Wochen meint. Die einzelnen Zeit- bzw. Unterabschnitte t_s, t_m und Pufferzeiten t_a sind jeweils in Stunden abgeben. Eine Übersicht über die zulässige Einsatzzeit in Jahren ohne Überschneidung der Sendezeitabschnitte t_m und t_s für verschiedene Zeitgebertoleranzen und gegebener Pufferzeit t_a (4 h) ist 7 zu entnehmen.Exemplary will be in 6 indicates a transmission schedule on a daily basis, with the columns "years" and "weeks" meaning the duration of use in years plus weeks. The individual time or subsections t _s , t _m and buffer times t _a are each in hours. An overview of the allowable mission time in years without overlapping the airtime intervals t _m and t _s for different timing tolerances and given buffer time t _a (4 h) 7 refer to.

In dem Beispiel stehen anfangs täglich t_m = 14 Stunden für die mobile Ablesung zur Verfügung; es folgen t_a = 4 Stunden Sendepause; darauf folgen t_a = 2 Stunden für die stationäre Ablesung und wiederum t_a = 4 Stunden Sendepause. Damit beträgt die Zykluszeit t_z = 24 Stunden bzw. genau einen Tag. Der stationäre Empfänger schaltet sich in diesem Beispiel zu ausgewählten Zeitpunkten nur für maximal die anfängliche Sendezeit t_s ein, hier also maximal für 2 Stunden. Der Empfänger vergrößert seine Empfangsfenster über die Einsatzdauer nicht, da der Empfängerstrombedarf bei Batteriebetrieb eine kritische Größe darstellt. Optional kann das zeitgesteuerte Einschalten des Empfängers auf wenige, an die Ablesehäufigkeit angepasste Zeitabschnitte t_s reduziert werden, um den Strombedarf der Empfänger weiter zu senken.In the example, t _m = 14 hours are available daily for mobile reading; it follows t _a = 4 hours transmission break; followed by t _a = 2 hours for the stationary reading and again t _a = 4 hours transmission break. Thus, the cycle time t _z = 24 hours or exactly one day. The stationary receiver switches on in this example at selected times only for a maximum of the initial transmission time t _s , so here for a maximum of 2 hours. The receiver does not increase its receive window over the duration of use, since the receiver power requirement is a critical factor in battery operation. Optionally, the time-controlled switching on of the receiver can be reduced to a few time intervals t _s adapted to the reading frequency in order to further reduce the power consumption of the receiver.

Die Zeitgebertoleranzen des stationären Empfängers werden in diesem Vorschlag komplett von dem Sendeschema aufgefangen. Dazu werden die Sendezeitabschnitte t_s für die stationäre Ablesung schrittweise über die Einsatzdauer vergrößert und zwar um den Betrag, der sich aus den kumulierten maximalen Zeitgebertoleranzen von Sender und Empfänger ergibt.The timing tolerances of the stationary receiver are completely absorbed by the transmission scheme in this proposal. For this, the transmission time intervals t _s for the stationary reading are increased stepwise over the period of use by the amount resulting from the cumulative maximum timer tolerances of sender and receiver.

In einer alternativen Variante des Verfahrens, zum Beispiel wenn der Empfängerstrombedarf unkritisch ist, können die Sendezeitabschnitte t_s für die stationäre Ablesung konstant gewählt werden. Das Empfangsfenster wird dabei sukzessive über die Einsatzdauer des Systems so vergrößert, dass die Sendezeitabschnitte t_s inkl. aller Zeitgebertoleranzen von Sender und Empfänger darin Platz finden. Für die Sendezeitabschnitte t_m der mobilen Ablesung müssen Zeitgebertoleranzen weiterhin berücksichtig werden, da die mobile Ablesung sich an absoluten Zeiten orientiert. Die Sendezeitabschnitte t_m müssen also abhängig von den Toleranzen der Senderuhren über die Einsatzdauer angepasst werden.In an alternative variant of the method, for example if the receiver power consumption is critical, the transmission time intervals t _s can be chosen to be constant for the stationary reading. The receiving window is thereby successively increased over the period of use of the system so that the transmission time intervals t _s incl. All timer tolerances of transmitter and receiver find space in it. Timing tolerances must continue to be taken into account for the transmission time segments t _{m of} the mobile reading since the mobile reading is based on absolute times. The transmission time intervals t _m must therefore be adjusted depending on the tolerances of the transmitter clocks over the period of use.

In einer weiteren alternativen Variante wird eine Mischung der beiden Vorgehensweisen zum Ausgleich von Zeitgebertoleranzen vorgeschlagen, bei der sowohl die Empfangsfenster des stationären Empfängers als auch die Sendezeitabschnitte t_s für die stationäre Ablesung kontinuierlich erweitert werden. Das Verfahren für die Anpassung der Sendezeitabschnitte t_m der mobilen Ablesung bleibt davon aus den oben genannten Gründen unbeeinflusst.In a further alternative variant, a mixture of the two approaches for compensating timing tolerances is proposed, in which both the reception windows of the stationary receiver and the transmission time intervals t _s for the steady-state reading are continuously expanded. The method for the adaptation of the transmission time intervals t _{m of} the mobile reading remains unaffected for the reasons mentioned above.

Ist eine bestimmte Einsatzdauer in Jahren vorgegeben, und stehen die minimalen Zeitgebertoleranzen fest, dann können mitunter über eine Variation der Pufferzeiten t_a die an das System gestellten Anforderungen erfüllt werden. Wählt man zum Beispiel zwei siebenstündige Pufferzeiten, zwei Stunden für die stationäre Ablesung und die verbleibenden acht Stunden täglich für die mobile Ablesung, dann ergeben sich für die unterschiedlichen Taktgebertoleranzen die aus 8 ersichtlichen Einsatzzeiten in Jahren.If a certain period of use is specified in years, and if the minimum timing tolerances are fixed, then the requirements imposed on the system can sometimes be met by varying the buffer times t _a . If you choose, for example, two seven-hour buffer times, two hours for the stationary reading and the remaining eight hours a day for the mobile reading, then this results in the different timing tolerances 8th apparent operating times in years.

Alternativ können ein oder mehrere ausgewählte Wochentage für die stationäre Ablesung reserviert werden, z. B. der Sonntag, und die anderen Wochentage bleiben der mobilen Ablesung vorbehalten. Durch ein gröberes Zeitraster lassen sich die Pufferzeiten t_a zwischen den Sendeabschnitten t_m und t_s nochmals vergrößern, so dass sich sehr lange Einsatzzeiten erreichen lassen und/oder sehr preiswerte Schwingquarze mit geringer Ganggenauigkeit als Zeitgeber verwendet werden können.Alternatively, one or more selected days of the week may be reserved for inpatient reading, e.g. Sunday, and the other days of the week are reserved for mobile reading. By a coarser time grid, the buffer times t _a between the transmission sections t _m and t _{s can be} further increased, so that can reach very long periods and / or very inexpensive quartz crystals with low accuracy can be used as a timer.

Baut man auf bereits vorhandenen Komponenten für die Verbrauchsdatenerfassung mit mobilen Empfängern auf, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Funkübertragung von Daten für den stationären Empfang ohne Änderungen der Hardware einsetzen. Alle Merkmale der stationären Variante sind mit den Merkmalen der mobilen Variante verträglich. Es können die gleiche Übertragungsrate, die gleiche Funktelegrammlänge, die gleiche HF-Modulationsart und die gleiche Sendeleistung verwendet werden. Der Reichweitengewinn beim Stationärempfang wird ausschließlich durch die Verwendung einer Kodemultiplexkodierung erreicht. Sie kann ohne Hardwaremodifikation als reine Software-Lösung in den Steuereinrichtungen der Geräte implementiert werden. Dies ist mit geringem Aufwand möglich.If one builds on already existing components for the consumption data acquisition with mobile receivers, the method according to the invention for the radio transmission of data for stationary reception can be used without changes of the hardware. All features of the stationary version are compatible with the features of the mobile variant. The same transmission rate, the same radio telegram length, the same RF modulation type and the same transmission power can be used. The range gain in stationary reception is achieved exclusively by the use of a code multiplex coding. It can be implemented as a pure software solution in the control devices of the devices without hardware modification. This is possible with little effort.

Durch die vorgeschlagene, insbesondere zeitgesteuerte Betriebsart- bzw. Sendemodusumschaltung ist bei der Installation der Geräte keine Festlegung auf eine Ableseart notwendig. Die Messgeräte können jederzeit sowohl mit einem mobilen Funkempfänger als auch über (nachinstallierte) stationäre Empfänger (im Gebäude) abgelesen werden. Die Koexistenz zweier Arten von Messgeräten für die Ablesung mit mobilen Empfängern bzw. mit stationären Empfängern kann auf eine universelle Datenauslesung zurückgeführt werden, ohne dass zusätzliche elektronische Bauteile bspw. zur Erhöhung der Sendeleistung vorgesehen werden müssen. Dies hilft Fertigungs- und Logistikkosten zu senken.The proposed, in particular time-controlled mode or transmission mode switching, no specification of a type of reading is necessary when installing the devices. The measuring devices can be read at any time both with a mobile radio receiver and via (subsequently installed) stationary receivers (in the building). The coexistence of two types of meters for reading with mobile receivers or with stationary receivers can be attributed to a universal data readout, without additional electronic components, for example, must be provided to increase the transmission power. This helps to reduce manufacturing and logistics costs.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Steuereinheitcontrol unit
22: Parallel-/SerienwandlerParallel / serial converter
33: Kanalkodierer und SignalformerChannel encoder and signal conditioner
44: SignalformerConditioner
55: Sequenzgeneratorsequence generator
66: Multipliziereinheitmultiplier
77: Signalmultiplexersignal multiplexer
88th: Sendertransmitter
99: MesswerteerfassungMeasured values acquisition
1010: SpeicherStorage
1111: Empfängerreceiver
1212: Multipliziereinheitmultiplier
1313: Integratorintegrator
1414: Synchrondetektorsynchronous detector
1515: Schalterswitch
1616: Regeneratorregenerator
1717: Sequenzgeneratorsequence generator
1818: Steuereinheitcontrol unit
1919: Speichereinheitstorage unit

Claims

Method for the radio transmission of consumption data from a consumption meter to receivers ( 11 ) with radio telegrams, which in different transmission modes by the same Transmitter ( 8th ), wherein a first transmission mode uses a spread spectrum method and a second transmission mode uses channel coding without code division multiplexing, in which the number of step clocks used for the transmission of the data essentially corresponds to the number of data bits to be transmitted, characterized in that the consumption data in at least two different transmission modes activated and deactivated at different times by the same transmitter ( 8th ) to stationary and mobile receivers ( 11 ), wherein the first transmission mode for the stationary reception uses a code division multiplex spread spectrum method in which a data bit is sent as a specific fixed sequence of a plurality of transmission step clocks and the second transmission mode is used for the mobile reception, and wherein the various Transmission modes have a same transmission step clock, the same carrier frequency and the same transmission power.

A method according to claim 1, characterized in that the second transmission mode uses a DC-free or DC voltage channel coding.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that different transmission modes have the same high frequency carrier modulation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that different transmission modes have a radio telegram length which is the same in terms of time.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the data to be transmitted are divided into a plurality of radio telegrams of a predetermined radio telegram sequence.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the activation and deactivation of different transmission modes takes place according to a transmission scheme in which a cyclically repeating period of time (t _z ) is subdivided into subsections (t _m , t _s ).

Method according to Claim 6, characterized in that transmission-free buffer times (t _a ) are present between the subsections (t _m , t _s ).

Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that the duration of a subsection (t _m , t _s ) or a plurality of subsections (t _m , t _s ) is increased over time.

Consumption meter with a memory ( 10 ), in which the data to be transmitted are stored, a control unit ( 1 ) for processing the data to radio telegrams and a transmitter ( 8th ) for the radio transmission of consumption data to receivers ( 11 ), wherein the consumption detection device a channel encoder and signal conditioner ( 3 ) for channel coding without code division multiplex, in which the number of step clocks used for the transmission of the data substantially corresponds to the number of data bits to be transmitted, a signal conditioner ( 4 ) with a sequence generator ( 5 ) for a channel coding according to a spread-band method and one of the control unit ( 1 ) controlled signal multiplexer ( 7 ), which transmits the channel coding to the transmitter ( 8th ), characterized in that the channel coding according to the spread spectrum method is a channel coding with code division multiplex, in which a data bit is sent as a specific, fixed sequence of several transmission step clocks, and in that the control unit ( 1 ) with the signal multiplexer is adapted to the transmitter ( 8th ) the code division multiplexed channel coding for reception in a stationary receiver ( 11 ) or without code multiplex for reception in a mobile receiver ( 11 ) in accordance with the transmission modes activated and deactivated at different times, the different transmission modes having a same transmission step clock, the same carrier frequency and the same transmission power.

Device according to Claim 9, characterized in that the channel coder and signal conditioner ( 3 ) a parallel-to-serial converter ( 2 ) is connected upstream.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the signal shaper ( 4 ) with the sequence generator ( 5 ) a multiplier unit ( 6 ) is connected downstream.